(57)【要約】【課題】駆動装置の駆動状態を幅広い範囲で正確に制御することができ、かつ、駆動装置と制御装置との距離を離して設置することができるセンサ信号回路および測定機を提供する。【解決手段】モータの回転数を検出して検出結果を電圧変換したセンサ信号として出力するタコジェネレータ４２と、タコジェネレータ４２からのセンサ信号に基づいてモータ４１を駆動制御する制御装置５とを備える。さらに、タコジェネレータ４１から出力される電圧の大きさに比例した電流をセンサ信号電流として出力する電圧−電流変換器４３と、電圧−電流変換器４３と制御装置５とを連結するケーブル６と、電流を電圧変換する抵抗５１１を備える。【選択図】図２
2005300348.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出結果を電圧信号として発信するセンサを有する電圧信号発信部と、
前記電圧信号を受信する電圧信号受信部と、
前記電圧信号発信部側に設けられ前記電圧信号を非反転電流変換する非反転型電圧−電流変換手段および前記電圧信号を反転電流変換する反転型電圧―電流変換手段を有し前記電圧信号をその電圧に応じた電流信号に変換する電圧−電流変換手段と、
前記電圧信号受信部側に設けられ前記電流信号を電圧変換して前記電圧信号を取り出すための電圧変換手段と、
前記非反転型電圧−電流変換手段からの前記電流信号を前記電圧変換手段に伝達する往路ケーブルと、
前記電圧変換手段から戻る前記電流信号を前記反転型電圧―電流変換手段に伝達する復路ケーブルと、を備える
ことを特徴としたセンサ信号回路。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサ信号回路において、
前記電圧変換手段は、電圧変換用抵抗を有し、
前記電圧変換用抵抗の両端の電圧を差動増幅回路にて出力電圧信号とする
ことを特徴とするセンサ信号回路。
【請求項３】
請求項２に記載のセンサ信号回路において、
前記電圧信号発信部には、駆動装置と、前記駆動装置の駆動状態を検出して検出結果を前記電圧信号として出力する前記センサとが設けられ、
前記電圧信号受信部には、前記出力電圧信号に基づいて前記駆動装置を駆動制御する制御装置が設けられ、
前記制御装置からの制御信号を前記駆動装置に伝達する制御用ケーブルが設けられ、
前記制御信号によって前記駆動装置がフィードバック制御される
ことを特徴とするセンサ信号回路。
【請求項４】
請求項３に記載のセンサ信号回路において、
前記駆動装置は、回転子を回転させるモータを備え、
前記センサは、前記回転子の回転数に比例した電圧を出力する回転検出手段である
ことを特徴とするセンサ信号回路。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載のセンサ信号回路において、
前記制御装置は、前記出力電圧信号と前記駆動装置の制御目標に応じて予め設定された指定電圧とを比較してこの差を出力する比較回路を備え、
前記制御装置は、前記比較回路からの出力に基づいて前記駆動装置を駆動制御する
ことを特徴とするセンサ信号回路。
【請求項６】
請求項３ないし請求項５のいずれかに記載のセンサ信号回路を用いて構成され、
前記駆動装置によって駆動される駆動軸と、
前記駆動軸に設けられ被測定物表面を走査する測定子と、
前記測定子の変位量を検出する変位量検出手段とを備えた測定機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ信号回路および測定機に関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動装置と、駆動装置の駆動状態を検出してセンサ信号を出力するセンサと、センサからのセンサ信号に基づいて駆動装置を駆動制御する制御装置とを備えるセンサ信号回路が知られ、このセンサ信号回路を用いた測定機が使用されている。
このような測定機１としては、図６に示されるように、被測定物Ｗの表面上を走査されるプローブ２と、このプローブ２を駆動させる装置本体３と、装置本体３を制御するコンピュータ回路５と、コンピュータ回路５と装置本体３とを連結するケーブル６とを備えて構成される表面性状測定機が知られている。
【０００３】
装置本体３は、テーブル３１に設けられ被測定物ＷをＹ方向（図６紙面垂直方向)にスライドさせるＹ軸スライダ３２と、テーブル３１に立設されたＺ駆動軸３３と、Ｚ駆動軸３３の長手方向に摺動自在に設けられたＺ軸スライダ３４と、Ｚ軸スライダ３４にＸ方向スライド自在に設けられたＸ軸スライダ３５とを備え、Ｘ軸スライダ３５にプローブ２が設けられている。
Ｚ軸スライダ３４の駆動量を検出するＺ軸リニアエンコーダと、Ｘ軸スライダ３５の駆動量を検出するＸ軸リニアエンコーダと、Ｙ軸スライダの駆動量を検出するＹ軸リニアエンコーダとが設けられている。
【０００４】
プローブ２は、Ｘ軸方向に略平行に設けられ一端側がＸ軸スライダ３５に支持されたスタイラスアーム２１と、スタイラスアーム２１の他端にＺ軸方向に設けられ被測定物表面に接触する測定子としてのスタイラス２２とを備えて構成されている。スタイラスアーム２１はＸＺ平面内で微小円弧運動可能にＸ軸スライダ３５に支持され、Ｘ軸スライダ３５の内部には、スタイラスアーム２１の揺動を検出する変位量検出手段（不図示）が設けられている。
【０００５】
コンピュータ回路５と装置本体３とはケーブル６で連結され、Ｘ軸スライダ３５の駆動速度（制御目標）はコンピュータ回路５からの制御指令により駆動制御される。
図７に、Ｘ軸スライダ３５を駆動させるためにＺ軸スライダ３４の内部に構成された電圧信号発信部としての回路の構成および電圧信号受信部である制御装置としてのコンピュータ回路５の構成を示す。このＺ軸スライダ３４の内部の回路と、コンピュータ回路５と、ケーブル６とによってセンサ信号回路が構成される。
Ｚ軸スライダ３４の内部は、Ｘ軸スライダ３５を駆動させる駆動装置としてのモータ４１と、このモータ４１の回転数を検出してモータ回転数に比例した電圧をセンサ信号として発生させるセンサとしてのタコジェネレータ４２とを備えて構成されている。タコジェネレータ４２は、モータ４１の回転を検出する回転検出手段としてのセンサであり、また、モータ４１の回転に応じて発電する発電機でもある。モータ４１は、回転子を回転させるコイルモータである。
コンピュータ回路５は、タコジェネレータ４２からのセンサ信号の電圧値を受け取るインターフェース回路５１（Ｔ．Ｇ．Ｉ／Ｆ回路)と、インターフェース回路５１からの電圧値と外部から入力されモータ４１の回転数を指令する指令電圧値とを比較してこの差を出力する比較器５５と、比較器５５からの出力を特性補償する補償回路５６と、補償回路５６からの出力を受けてモータ４１を駆動させる駆動手段としてのモータ駆動回路５９とを備えて構成されている。
【０００６】
補償回路５６は、比較器５５からの出力を積分補償する積分回路５７と、積分回路５７からの出力の波形整形を行うＰＷＭ回路５８（パルス幅変調回路)とを備えて構成されている。
【０００７】
コンピュータ回路５とＺ軸スライダ３４の内部の回路とはケーブル６によって連結されている。モータ駆動回路５９とモータ４１とは、モータ駆動回路５９からの指令をモータ４１に伝送する伝送線６１で連結されている。タコジェネレータ４２とインターフェース回路５１とは、タコジェネレータ４２からの電圧をインターフェース回路５１に伝送する伝送線６２で連結されている。
【０００８】
このような構成からなる測定機１の動作について説明する。
まず、被測定物ＷをＹ軸スライダ３２の上に載置して、スタイラス２２を被測定物表面に接触させるようにＺ軸スライダ３４を変位させる。コンピュータ回路５に測定の測定速度を入力する。すなわち、Ｘ軸スライダ３５の駆動速度を入力する。入力されたＸ軸スライダ３５の駆動速度は、モータ４１の回転速度に換算されて、さらに、このモータ４１の回転速度に応じた電圧値に換算されて、指令電圧値として比較器５５に入力される。
【０００９】
比較器５５に入力された指令電圧値は、補償回路５６、モータ駆動回路５９を通ってケーブル６の伝送線６１によって伝送されてモータ４１を回転駆動させる。モータ４１の回転により、Ｘ軸スライダ３５が駆動される。Ｘ軸スライダ３５が駆動されると、スタイラス２２が被測定物表面に沿ってＸ軸方向に走査され、このときスタイラス２２が被測定物表面の凹凸に沿ってＺ軸方向に変位される。スタイラス２２の変位は、スタイラスアーム２１の揺動により伝達されて、Ｘ軸スライダ３５内の変位量検出手段で検出される。このとき、Ｚ軸スライダ３４の位置、Ｘ軸スライダ３５の位置、スタイラスアーム２１の揺動量をサンプリングして演算処理することにより、被測定物表面の形状を測定することができる。さらに、Ｙ軸スライダ３２をスライドさせることにより、被測定物表面の全体を測定することができる。
【００１０】
モータ４１の回転数はタコジェネレータ４２で検出され、モータ回転数に応じた電圧（センサ信号）が出力される。タコジェネレータ４２からの電圧は、ケーブル６の伝送線６２によって伝送されてインターフェース回路５１で受け取られる。インターフェース回路５１で受け取られた電圧値は比較器５５に送られる。比較器５５により、指令電圧値とインターフェース回路５１からの電圧値とが比較され、この差が補償回路５６およびモータ駆動回路５９を通してモータ４１にフィードバックされる。すると、このフィードバックによりモータ４１の回転数が指令された回転数で一定に制御される。
このようにモータ４１の回転速度を一定に制御すると、Ｘ軸スライダ３５の駆動速度が一定に制御される。すると、スタイラス２２の走査速度が一定に制御されるので、測定値が安定する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記のセンサ信号回路およびこれを用いた測定機１では次のような問題が生じる。
Ｚ軸スライダ３４の内部とコンピュータ回路５とは、ケーブル６で連結されている。このケーブル６に外部からの電界と磁界との組み合わせによる電磁結合などが影響する結果、伝送される信号（電圧）にノイズが入るという問題がある。
図８は、タコジェネレータ４２からインターフェース回路５１への伝送線６２に対する電界の影響を示すために、伝送線６２を線形素子（抵抗やコンデンサ）で等価に置き換えたものである。図８の伝送線６２に外部からの電界が影響した場合、伝送線６２に容量性の結合によるノイズが発生する。
このノイズを除去するため、図８に示されるようにインターフェース回路５１にローパスフィルタ５２を設けることが考えられる。図８中では、さらに、ローパスフィルタ５２からの出力を増幅する非反転増幅器５３が設けられている。インターフェース回路５１に設けられるローパスフィルタ５２によって、ノイズをある程度カットすることはできる。しかし、ノイズを充分に軽減するには、ローパスフィルタ５２のカットオフ周波数を低く設定しなければならない。カットオフ周波数を低く設定しすぎると、モータ制御が不能となるので、ローパスフィルタ５２のみでノイズを除去することはできない。
【００１２】
また、ケーブル６で伝送される電圧が小さい場合、外部からの電界による影響で信号の電圧が埋もれてしまうという問題がある。モータ４１が低速回転をする場合、タコジェネレータ４２から出力される電圧は小さいものとなる。例えば、モータ回転数が４ｒｐｍである場合、タコジェネレータ４２から出力される電圧は、２ｍＶ〜４ｍＶとなる。タコジェネレータ４２から出力される電圧が小さいと、ケーブル６内でノイズが入り、コンピュータ回路５にモータ４１の回転数を正確に伝えることができないという問題が生じる。すると、モータ４１の回転制御が正常に行われないため、モータ回転数の低下、回転ムラが発生するという問題が生じる。
【００１３】
モータ４１が低速回転であってもタコジェネレータ４２から出力されるセンサ信号の電圧を高くする方法として、モータ４１とタコジェネレータ４２との間にギヤを設け、回転比を持たせる構成が考えられる。しかし、タコジェネレータ４２の回転数に制限がある結果、モータ４１の最高回転数を低くしなければならないという問題が生じる。モータ４１の最高回転数が制限されると、Ｘ軸スライダ３５の駆動速度が制限されてしまい、駆動速度が低速になってしまう。例えば、Ｘ軸スライダ３５の最高走査速度が５ｍｍ／ｓ程度に制限されてしまう結果、測定に時間がかかり測定効率が悪いという問題が生じる。
上記の問題を考え合わせると、モータ４１を低速回転から高速回転まで幅広い範囲で回転制御することができないことになる。つまり、測定機１の測定速度は一定の狭い範囲でしか設定できないことになる。
【００１４】
また、次のような問題がある。
ケーブル６の伝送線６２によって、タコジェネレータ４２とインターフェース回路５１とは同じ基準電位を有し、タコジェネレータ４２とインターフェース回路５１とはこの基準電位のもとで電圧の受け渡しを行う。しかし、ケーブル６に外部からの電界によりノイズが入ると、インターフェース回路５１とタコジェネレータ４２とが電位差を有することになり、両者は同じ基準電位ではなくなる。ここで、例えば、タコジェネレータ４２の基準電位が高いと、タコジェネレータ４２から出力されるセンサ信号の電圧は、この基準電位の高さを含んだ値となる。このセンサ信号の電圧が伝送線６２で伝送されて、インターフェース回路５１がこのセンサ信号の電圧値を受け取るときには、低い基準電位から計ったときの電圧として受け取る。すなわち、タコジェネレータ４２から出力された電圧（電位差）よりも高い電圧（電位差）として受け取ることになる。すると、インターフェース回路５１で受け取られた電圧は、タコジェネレータ４２で検出されたモータ４１の回転数に比べて高い回転数を示すことになってしまう。このインターフェース回路５１で受け取られた電圧を比較器５５へ入力して、指定電圧値から減算すると、モータ４１にフィードされる電圧は、予定よりも小さい値となってしまう。すると、モータ４１の回転数が所定回転数よりも小さくなってしまう。このように、外部からの電界によって伝送線６２に電位差が生じると、タコジェネレータ４２で検出される回転数をコンピュータ回路５の側に正確に伝えることができなくなる。その結果、モータ４１の回転数を正確に制御することができなくなるという問題が生じる。
【００１５】
装置本体３とコンピュータ回路５との距離を離して設置しようとすると、コンピュータ回路５とＺ軸スライダ３４とを連結するケーブル６の長さを長くしなければならない。工場内での測定機１の配置を考慮した場合、装置本体３とコンピュータ回路５との間の距離には自由度があった方が便利であり、例えば、６ｍ程度の距離の自由度が望まれる。しかし、ケーブル６が長くなると、外部からの電界の影響はそれだけ大きくなる。すると、例えば、低電圧の信号の伝送はノイズによって益々困難となり、タコジェネレータ４２とインターフェース回路５１との間には益々大きな電位差が生じる。ケーブル６に発生するノイズのため、ケーブル６の長さを長くすることは困難である。よって、装置本体３とコンピュータ回路５とを離して設置することができないという問題が生じる。
【００１６】
このような問題は、上記の測定機１（表面性状測定機）に限らず、検出結果を電圧信号として出力するセンサを有する電圧信号送信部と、センサからの信号を伝送するケーブルと、伝送された信号を受け取る電圧信号受信部とを備えて構成されるセンサ信号回路およびこのセンサ信号回路を用いた測定機に共通する問題である。特に、センサが検出結果を電圧波形として出力する場合に上記の問題が顕著に生じることになる。
【００１７】
本発明の目的は、従来の問題を解消し、電圧信号発信部と電圧信号受信部とを結ぶケーブルに対する電磁結合ノイズの影響を低減して信号の伝達を正確に行うことができるセンサ信号回路および測定機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明のセンサ信号回路は、検出結果を電圧信号として発信するセンサを有する電圧信号発信部と、前記電圧信号を受信する電圧信号受信部と、前記電圧信号発信部側に設けられ前記電圧信号を非反転電流変換する非反転型電圧−電流変換手段および前記電圧信号を反転電流変換する反転型電圧―電流変換手段を有し前記電圧信号をその電圧に応じた電流信号に変換する電圧−電流変換手段と、前記電圧信号受信部側に設けられ前記電流信号を電圧変換して前記電圧信号を取り出すための電圧変換手段と、前記非反転型電圧−電流変換手段からの前記電流信号を前記電圧変換手段に伝達する往路ケーブルと、前記電圧変換手段から戻る前記電流信号を前記反転型電圧―電流変換手段に伝達する復路ケーブルとを備えることを特徴とする。
【００１９】
このような構成によれば、センサにより検出された検出結果が電圧信号として出力される。この電圧信号は、非反転電圧−電流変換手段により非反転電流変換されて吐き出し電流として往路ケーブルにより電圧信号受信部に伝達される。
また、前記電圧信号は、反転電圧−電流変換手段により反転電流変換されて吸い込み電流として復路ケーブルにより電圧信号受信部に伝達される。電圧信号受信部では、この吐き出し電流が電圧変換手段を介して吸い込み電流に伝達され、この電圧変換手段で電圧に変換して電圧信号を取り出す。
このように、電圧変換手段で変換される電圧は、吐き出し電流と吸い込み電流とで決定される。よって、外部電界によるノイズの影響を受けた場合、往路ケーブルと復路ケーブルとのそれぞれに発生する絶対電圧は変動するが、電圧変換手段の両端子間には等しい電圧が加えられたり、あるいは減じられたりするため、電圧変換手段で変換される電圧は変化しない。その結果、センサにより検出された電圧信号は、電圧受信部に正確に伝送される。
【００２０】
本発明では、前記電圧変換手段は、電圧変換用抵抗を有し、前記電圧変換用抵抗の両端の電圧を差動増幅回路にて出力電圧信号とすることが好ましい。
【００２１】
このような構成によれば、電圧変換用抵抗の両端の電圧を増幅して出力電圧信号とすることができる。
なお、差動増幅回路の入力インピーダンスは電圧変換用抵抗に比べて高いことが望ましい。入力インピーダンスが高ければ、電圧変換用抵抗の抵抗値が高くても両端の電圧を正確に増幅することができる。また、電圧変換用抵抗の両端に加えられた外部電界によるノイズ電圧を除去することができる。
また、センサは接地を基準とした電圧信号を出力して、差動増幅回路は接地を基準として出力電圧信号を出力することが好ましい。このような構成によれば、センサからの電圧信号も出力電圧信号も基準電位が等しいものとなる。
【００２２】
本発明では、前記電圧信号発信部には、駆動装置と、前記駆動装置の駆動状態を検出して検出結果を前記電圧信号として出力する前記センサとが設けられ、前記電圧信号受信部には、前記出力電圧信号に基づいて前記駆動装置を駆動制御する制御装置が設けられ、前記制御装置からの制御信号を前記駆動装置に伝達する制御用ケーブルが設けられ、前記制御信号によって前記駆動装置がフィードバック制御されることが好ましい。
【００２３】
このような構成において、駆動装置が駆動すると、この駆動状態がセンサによって検出される。センサは、駆動装置の駆動状態に応じた電圧を電圧信号として出力する。この電圧信号は、電圧−電流変換手段によって電流信号に変換される。電圧−電流変換手段から出力された電流信号は、往路および復路ケーブルによって電圧信号受信部の電圧変換用抵抗に伝送され、さらに差動増幅器により出力電圧信号に変換される。
制御装置は、この出力電圧信号により駆動装置の駆動状態を知ることができるので、この出力電圧信号に基づいて駆動装置を駆動制御する制御信号を出力する。この制御信号は制御用ケーブルにより駆動装置に送られ、駆動装置がフィードバック制御される。
【００２４】
センサから出力された電圧信号を電圧−電流変換手段によって電流に変換してからケーブルで伝送する。ここで、電圧をケーブルで伝送する場合には、ケーブルが持っているインピーダンスにより電圧降下が発生するので信号が正確に伝送されないが、電流をケーブルで伝送する場合には、ケーブルが持っているインピーダンスの影響を受けないので信号が正確に伝送される。よって、駆動装置の駆動レベルが低くて、センサから出力される電圧が小さい場合でも、センサによる検出結果を制御装置に正確に伝えることができる。その結果、駆動装置の駆動レベルが低い場合でも、制御装置によって制御装置を正確に駆動制御することができる。
【００２５】
センサから出力される電圧が低くてもよいので、センサの測定レンジに制限されることなく、駆動装置を駆動させることができる。その結果、駆動装置の駆動レベルを高いところから低いところまで幅広く制御することができる。
【００２６】
電流による伝送によれば、ケーブルの持っているインピーダンスの影響を受けないため信号を正確に伝送することができる。よって、ケーブルの長さを長くしても電流の信号を正確に伝送することができる。
ケーブルの長さを長くすることができるので、制御装置とセンサとの距離を離して設置することが可能であり、このセンサ信号回路を使用する実際の場面に応じた利用の自由度が向上する。
【００２７】
本発明では、前記駆動装置は、回転子を回転させるモータを備え、前記センサは、前記回転子の回転数に比例した電圧を出力する回転検出手段であることが好ましい。
【００２８】
このような構成によれば、駆動装置のモータによって回転子が回転し、この回転子の回転に比例した電圧が回転検出手段から出力される。例えば、回転検出手段を発電機として、この発電機の電機子コイルにモータの回転子を直結させるような構成とすれば、モータの回転数に比例した電圧を得ることができる。
【００２９】
本発明では、前記制御装置は、前記出力電圧信号と前記駆動装置の制御目標に応じて予め設定された指定電圧とを比較してこの差を出力する比較回路を備え、前記制御装置は、前記比較回路からの出力に基づいて前記駆動装置を駆動制御することが好ましい。
【００３０】
このような構成によれば、比較回路は、指定電圧と出力電圧信号とを比較してこの差を出力する。例えば、出力電圧信号が指定電圧よりも小さい場合は、差の分の電圧を指令する電圧値を出力する。制御装置は、この電圧値に応じて駆動装置を駆動させる。すると、駆動装置を指定電圧によって指定された駆動状態に制御することができる。
【００３１】
本発明の測定機は、前記センサ信号回路を用いて構成され、前記駆動装置によって駆動される駆動軸と、前記駆動軸に設けられ被測定物表面を走査する測定子と、前記測定子の変位量を検出する変位量検出手段とを備えることを特徴とする。
【００３２】
このような構成によれば、駆動装置によって駆動軸が駆動され、この駆動軸の駆動によって測定子が被測定物表面を走査する。このとき、測定子の変位量を変位量検出手段によって検出すれば、この検出値より被測定物表面の形状を測定することができる。
このとき、この測定機は、上記発明と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、駆動装置の駆動状態を低レベルから高レベルまで幅広く制御することができる。よって、駆動軸の駆動速度を低速から高速まで幅広く制御することができる。
【００３３】
センサによる電圧をこの電圧に比例した電流に変換してからケーブルで伝送するので、ケーブルの持っているインピーダンスの影響を受けることなく制御装置にセンサの検出結果を正確に伝送することができる。よって、駆動装置を正確に制御することができ、その結果、駆動軸の駆動速度を正確に制御することができる。
さらに、変位量検出手段により検出された測定子の変位量についても測定子の変位を電圧変化として検出しこの電圧値を電流変換して伝送すれば、ケーブルが長くなって外部からの電界によるノイズが影響しても測定子の変位を正確に伝送することができる。
ケーブルの長さを長くすることができるので、制御装置とセンサとの距離を離して設置することが可能である。つまり、制御装置と駆動装置とを離して設置することが可能である。よって、この測定機を実際に使用する場面に応じた利用の自由度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明のセンサ信号回路および測定機の実施の形態を図示例と共に説明する。
図１は本発明を実施する形態の一例であって、図中、背景技術（図６、図７、図８）と同一の符号を付した部分は同一物を表している。本実施形態の基本的な構成は背景技術のものと同様であるが、本実施形態の特徴とするところは、センサとしてのタコジェネレータからの出力電圧を電流に変換する電圧−電流変換手段としての電圧−電流変換器（Ｖ−Ｉ変換器）４３が設けられている点である。
【００３５】
電圧−電流変換器４３は、タコジェネレータ４２から出力されるセンサ信号としての電圧信号を電流信号（センサ信号電流）に変換する。電圧−電流変換器４３は、タコジェネレータ４２と同じくＺ軸スライダ３４の内部に設けられている。タコジェネレータ４２と電圧−電流変換器４３は、回路線７によって連結され共通の基準電位を有している。
図２に、タコジェネレータ４２および電圧−電流変換器４３からケーブル６の伝送線６２を渡ってインターフェース回路５１に至る回路構成を示す。図２中、伝送線６２は、線形素子によって等価に表現されている。
電圧−電流変換器４３の構成は、図２に示されるように、タコジェネレータ４２からの電圧を非反転の電流に変換する非反転電圧−電流変換器（Ｖ／＋Ｉ変換器）４４と、タコジェネレータ４２からの電圧を反転して電流に変換する反転電圧−電流変換器（Ｖ／−Ｉ）４５とを備えて構成されている。
【００３６】
非反転電圧−電流変換器４４は、図３（Ａ）に示されるように、タコジェネレータ４２からの電圧が非反転入力端子（＋）に入力され反転入力端子（−）が接地ＧＮＤ１された非反転型加算回路であるオペアンプＯＰ１と、オペアンプＯＰ１の出力をオペアンプＯＰ１の非反転入力端子（＋）にフィードバックするボルテージフォロワのオペアンプＯＰ２と、各抵抗Ｒ１〜Ｒ５を備えている。ここで、ＧＮＤ１とタコジェネレータ４２の接地とが共通の電位を有している。
反転電圧−電流変換器４５は、図３（Ｂ）に示されるように、基本的構成は非反転電圧−電流変換器４４と同様であって、オペアンプＯＰ３とオペアンプＯＰ４とを備えて構成されているが、タコジェネレータ４２からの電圧がオペアンプＯＰ３の反転入力端子（−）に入力されている。また、接地ＧＮＤ２がタコジェネレータの接地と共通の電位を有している。
【００３７】
電圧−電流変換器４３は伝送線６２に接続され、非反転電圧−電流変換器４４からの出力電流Ｉ１（吐き出し電流）は往路ケーブル６２１により伝送され、反転電圧−電流変換器４５からの出力電流Ｉ２（吸い込み電流）は復路ケーブル６２２により伝送される。
【００３８】
比較器５５には、指定電圧が入力される。指定電圧は、モータ４１の設定回転数をタコジェネレータ４２で検出してこの検出結果をインターフェース回路５１で増幅する場合の増幅度を加味して設定される。比較器５５は、指定電圧とインターフェース回路５１から入力される出力電圧値とを比較してこの差を出力する。
【００３９】
インターフェース回路５１は、図２に示されるように、電圧変換用抵抗５１１と、高入力抵抗減算器５４と、ローパスフィルタ５２と、非反転増幅器５３とを備えて構成されている。
電圧変換用抵抗５１１は、往路ケーブル６２１と復路ケーブル６２２との間に配置されている。非反転型電圧−電流変換器４４から吐き出される電流Ｉ１は、往路ケーブル６２１にて電圧変換用抵抗５１１に伝送される。電圧変換用抵抗５１１を流れた電流は、反転型電圧−電流変換器４５に吸い込まれる電流Ｉ２となる。そして、電圧変換用抵抗５１１の両端には、電流Ｉ１（＝｜Ｉ２｜）と電圧変換用抵抗５１１の抵抗値Ｒのみで決定される電圧Ｖ＝Ｉ１Ｒが生じる。この電圧変換用抵抗５１１の両端の電圧Ｖは、ケーブル６に外部からの電界ノイズが影響した場合であっても、ループ全体で電圧変動を生じるため、電流Ｉ１（＝｜Ｉ２｜）と電圧変換用抵抗５１１の抵抗値Ｒのみで決定される関係が変わらず、電圧Ｖ＝Ｉ１Ｒが成立する。
【００４０】
高入力抵抗減算器５４は、電圧変換用抵抗５１１の両端の電圧を差動増幅して出力する。高入力抵抗減算器５４からの出力はローパスフィルタ５２でノイズ除去されたのち非反転増幅回路５３で増幅され、比較器５５に送られる。
【００４１】
このような構成からなる測定機１の動作を説明する。
まず、被測定物ＷをＹ軸スライダ３４の上に載置して、スタイラス２２を被測定物表面に接触させるようにＺ軸スライダ３４を変位させる。そして、コンピュータ回路５にＸ軸スライダ３５の駆動速度を指令電圧値として入力する。なお、指令電圧値は、モータ４１の所定回転がタコジェネレータ４２で検出された際の電圧値にインターフェース回路５１の増幅度を加味した値である。
【００４２】
比較器５５に入力された指令電圧値は、補償回路５６、モータ駆動回路５９を通ってケーブルの伝送線６１で伝送され、伝送された信号によりモータ４１が回転駆動される。ここで、モータ駆動回路５９は、ＰＷＭ回路５８によりパルス幅変調された信号のデューティー比に応じて駆動電圧をＯＮ／ＯＦＦして、所望の回転数でモータ４１を駆動する。モータ４１の回転によりＸ軸スライダ３５が駆動され、Ｘ軸スライダ３５が駆動されると、スタイラス２２が被測定物表面に沿ってＸ軸方向に走査される。このとき、スタイラス２２が被測定物表面の凹凸に沿ってＺ軸方向に変位されるところ、スタイラス２２の変位はスタイラスアーム２１の揺動により伝達されて、Ｘ軸スライダ３５の変位量検出手段で検出される。
Ｚ軸スライダ３４の位置、Ｘ軸スライダ３５の位置、スタイラスアーム２１の揺動量がサンプリングされて演算処理されることにより、被測定物表面の性状が測定される。さらに、Ｙ軸スライダ３２が駆動されることにより、被測定物表面の全体が測定される。
【００４３】
モータ４１の回転数はタコジェネレータ４２で検出され、モータ回転数に応じた電圧信号（センサ信号）が出力される。タコジェネレータ４２からの電圧信号は、電圧−電流変換器４３で電圧値に比例した電流値に変換される。
このとき、タコジェネレータ４２からの電圧は、電圧−電流変換器４３の非反転電圧−電流変換器４４によって非反転で変換された電流Ｉ１（吐き出し電流）と、反転電圧−電流変換器４５によって反転して変換された電流Ｉ２（吸い込み電流）とに変換され、それぞれがケーブル６の伝送線６２で伝送される。
【００４４】
伝送線６２によって伝送された電流Ｉ１（吐き出し電流)と電流Ｉ２（吸い込み電流）はインターフェース回路５１で受け取られる。
インターフェース回路５１では、電圧変換用抵抗５１１の両端に生じた電圧が高入力抵抗減算器５４で差動増幅されて、高入力抵抗減算器５４からの出力はローパスフィルタ５２でノイズ除去されたのち非反転増幅回路５３で増幅されて比較器５５に送られる。
【００４５】
比較器５５では、指令電圧値とインターフェース回路５１からの電圧値とを比較してこの差を補償回路５６およびモータ駆動回路５９を通してモータ４１にフィードバックする。すると、このフィードバックによりモータ４１の回転数が指令された回転数で一定に制御される。
【００４６】
このような構成からなる測定機１およびセンサ信号回路によれば、次の効果を奏することができる。
（１）タコジェネレータ４２から出力される電圧を電圧−電流変換器４３で電流に変換してから伝送する。そして、電流の伝送によれば、ケーブルの持っているインピーダンスの影響を受けないため信号を正確に伝送することができる。よって、タコジェネレータ４２による検出結果を正確にコンピュータ回路５に伝送することができる。その結果、モータ４１の回転を正確に制御することができる。
また、電流による伝送によれば信号を正確に伝送できるので、ケーブル６の長さを長くしても、タコジェネレータ４２による検出結果を正確にコンピュータ回路５に伝送することができる。ケーブル６の長さを長くすることができれば、Ｚ軸スライダ３４とコンピュータ回路５とを離して設置することができる。例えば、従来は２ｍ程度であったケーブル長さを６ｍ程度にまで長くすることができる。その結果、測定機１の使用の場面に応じた利用の自由度が向上する。
【００４７】
（２）電圧−電流変換器４３は、非反転電圧−電流変換器４４と反転電圧−電流変換器４５とを有し、非反転の電流Ｉ１（吐き出し電流）と反転の電流Ｉ２（吸い込み電流）を伝送する。すると、インターフェース回路５１の側では、電圧変換用抵抗５１１の両端に忠実にタコジェネレータ４２で発生した電圧信号を伝えることができる。これは、ケーブル６が長くなって電流Ｉ１および電流Ｉ２にノイズが入ったとしても成立する。よって、ケーブル６の長さを長くしても、モータ４１の回転を正確に制御することができる。
【００４８】
（３）モータ４１が低速回転であってタコジェネレータ４２からの出力電圧が低い場合でも、この電圧を電流に変換して伝送するので、ケーブルのインピーダンスの影響を受けずに信号を正確に伝送でき、その結果、タコジェネレータ４２による検出結果を正確にコンピュータ回路５に伝送することができる。すると、タコジェネレータ４２からの出力電圧が低電圧でもよいので、モータ４１とタコジェネレータ４２との回転比を設ける必要がなくなり、タコジェネレータ４２の最高回転速度に制限を受けることがなくなる。よって、モータ４１を低速回転から高速回転まで幅広い範囲で制御することができる。例えば、従来はＸ軸スライダの駆動速度は０．０２ｍｍ／ｓから５ｍｍ／ｓ程度であったが、最高速度を１０倍の５０ｍｍ／ｓにすることも可能である。Ｘ軸スライダ３５の最高駆動速度を１０倍にすることができれば、測定効率の画期的向上を図ることができる。
【００４９】
（変形例１）
次に、上記実施形態の変形例について説明する。
この変形例が特徴とするところは、スタイラス２２の変位を検出するセンサとしての変位検出器の検出結果を電流変換して伝送する点にある。
変位検出器８を図４に示す。この変位検出器８は、Ｘ軸スライダ３５の内部に設けられており、スタイラスアーム２１に連結されスタイラス２２の変位に連動して移動する磁性を有する可動片８１と、この可動片８１の変位を検出する検出部８２とを備えている。
【００５０】
検出部８２は、可動片８１の移動方向に対して平行に配置された２つのコイル、コイルＬ１およびコイルＬ２とを有する。コイルＬ１およびコイルＬ２は直列に接続され、発振回路８２１からの正弦波が印加されている。コイルＬ１とコイルＬ２との間には、出力電圧用ケーブル８３が結線されており、この出力電圧用ケーブル８３には電圧−電流変換器４３１が接続されている。
そして、可動片８１が変位した際には、コイルＬ１とコイルＬ２との誘導起電力の差に応じて出力電圧が変化される。この出力電圧は、電圧−電流変換器４３１で非反転および反転電圧−電流変換されて伝送された後、コンピュータ回路５内に設けられた電圧変換用抵抗５１２にて電圧が取り出される。この電圧は高入力抵抗減算器５４１で差動増幅等された後、所定の演算処理によりスタイラス２２の変位に換算されて例えば表示部等にスタイラス２２の変位量が表示される。
【００５１】
このような構成によれば、次の効果を奏することができる。
検出部８２でスタイラス２２の変位が電圧変化として検出され、この検出結果が正確に伝送されて電圧変換用抵抗５１２にて取り出される。これは、ケーブルに電磁結合ノイズが影響した場合でも、電圧−電流変換器４３１により電流変換され吸い込み電流と吐き出し電流とが一巡ループを描く構成とされているので、電圧の値が正確にコンピュータ回路側に伝送される。よって、たとえ検出部８２から出力される電圧値が微小な値であっても、さらに、ケーブル長が長くなっても、スタイラス２２の変位量を正確にコンピュータ回路５側に伝送することができる。
【００５２】
ここで、ケーブル長を長くできることから、図５に示されるように、出力電圧用ケーブル８３は、Ｘ軸スライダ３５からＺ軸駆動軸３３内を経由してテーブル３１からコンピュータ回路５に引き出す構成としてもよい。Ｘ軸スライダ３５など駆動される部分からケーブルが引き出される構成とすると、ケーブルが頻繁に動かされるため危険であり、またケーブルが損傷しやすい。そこで、Ｚ軸駆動軸３３やテーブル３１等の固定された部分の内部にケーブルを収納してさらに固定された部分からケーブルを引き出す構成とする。すると、ケーブルの動きが少なくなり、安全であり、またケーブルの損傷を防止することができる。
【００５３】
尚、本発明のセンサ信号回路および測定機は、上記実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
センサは、モータの回転子に発電機を取り付けたタコジェネレータとしたが、これに限らず、電圧波形を出力するセンサであればよい。
駆動装置は、モータに限らず、駆動装置であればよい。例えば、圧電素子や磁歪素子などの固体素子を利用した駆動装置でもよく、電磁アクチュエータなどのアクチュエータであってもよい。
制御装置は、上記のコンピュータ回路の構成に限られず、種々のフィードバック制御を行う制御回路の構成であってもよい。
測定機としては、上記の表面性状測定機に限られず、駆動装置と、駆動装置の駆動状態を検出するセンサと、このセンサの検出結果に基づいてフィードバック制御を行う制御装置を備えた測定機であればよい。
変位検出器８は、上記構成に限らず、スタイラス２２の変位量を電圧値として読み出すセンサ、例えば、スタイラス２２の変位より変位される可動電極板および可動電極板に対向配置された固定電極板を有する静電容量式エンコーダなどでもよい。
【００５４】
以上、説明したように本発明のセンサ信号回路および測定機によれば、電圧信号発信部と電圧信号受信部とを結ぶケーブルに対する電磁結合ノイズの影響を低減して信号の伝達を正確に行うことができるという優れた効果を奏し得る。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、センサ信号回路および測定機に利用できる。例えば、駆動装置と、駆動装置の駆動状態を検出してセンサ信号を出力するセンサと、センサからのセンサ信号に基づいて駆動装置を駆動制御する制御装置とを備えるセンサ信号回路、および、このセンサ信号回路を用いた測定機に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明のセンサ信号回路を用いた測定機の一実施形態を示す図である。
【図２】前記実施形態において、タコジェネレータからインタフェース回路までの回路構成を示す図である。
【図３】前記実施形態において、電圧−電流変換器の構成を示す図である。（Ａ）は非反転電圧−電流変換器を示す図であり、（Ｂ）は反転電圧−電流変換器を示す図である。
【図４】本発明の変形例として変位検出器での検出結果をケーブルにて伝送する構成を示す図である。
【図５】前記変形例の応用としてケーブルをＺ軸駆動軸内に収納してテーブルから引き出す構成を示す図である。
【図６】従来の測定機を示す図である。
【図７】従来の測定機に用いられるセンサ信号回路の構成を示す図である。
【図８】従来のタコジェネレータからインターフェース回路までの回路構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…測定機、２…プローブ、３…装置本体、５…コンピュータ回路（電圧信号受信部、制御装置）、６…ケーブル、７…変位検出器（センサ）、４１…モータ（駆動装置）、４２…タコジェネレータ（センサ、発電機、回転検出手段）、４３…電圧−電流変換器、４４…非反転型電圧−電流変換器、４５…反転型電圧−電流変換器、５１…インターフェース回路、５１１…電圧変換用抵抗、５５…比較器（制御装置）、５６…補償回路（制御装置）、５９…モータ駆動回路、６２１…往路ケーブル、６２２…復路ケーブル、Ｗ…被測定物。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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